Практикум по химии и физике полимеров - Кузнецов Е.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 7.8. Схема установки для травления полимеров в линейном высокочастотном безэлектродном газовом разряде:
/ — стеклянный колпак; 2 — электроды; 3 — образец; 4 — объектный столик; 5 — металлический стакан; 6 — разрядная камера; 7 — капилляр; 8 — генератор высокочастотных колебаний.
камерой была емкостной, так как в этом случае возникает более равномерное распределение активных частиц плазмы по сечению разрядной камеры. Питание лучше всего подводить безконтактним способом, что исключает загрязнение объекта травления продуктами разрушения электродов. Для этого электроды крепят на внешней поверхности стеклянного колпака. Расстояние от электродов до образца устанавливают с учетом предотвращения поглощения им энергии внешнего высокочастотного поля за счет диэлектрических потерь.
Получение реплик. По способу получения реплики подразделяются на одноступенчатые и двухступенчатые. Материал реплик
а б
Ш Образец
1_Напыленная
пленка
Промежуточный полимер
^sV^NN Напыленная пленна
Рельефная поверхность
Рельефная поверхность
Реплика
Рис. 7.9. Основные методы изготовления одноступенчатой (а) и двухступенчатой (б) реплики.
не должен взаимодействовать с исследуемым полимером, разрушаться и заряжаться в электронном луче, а также обнаруживать собственную структуру при больших увеличениях микроскопа.
Получение одноступенчатой (негативной) реплики осуществляется напылением тонкого слоя, например углерода, на поверхность изучаемого образца и отделением пленки-реплики от (поверхности полимера 'Механическим путем или растворением полимера (рис. 7.9,а).
Двухступенчатую (позитивную) реплику получают с использованием промежуточного полимерного материала (коллодия, поливинилового спирта и т. д.). На образец наносят слой раствора толщиной 1—1,5 мм, например нитрата целлюлозы в амилацетате. После высыхания его отделяют и на негативный отпечаток наносят тонкую пленку-реплику. Затем реплику отделяют растворением коллодия (рис. 7.9,6).
Одноступенчатые реплики, более точно воспроизводящие структурный рельеф образца, чем двухступенчатые, дают возможность разрешать более тонкие детали структуры (размером до 1 нм). Однако для образцов с развитой поверхностью получение одноступенчатых реплик часто бывает очень затруднено из-за значи-
тельного сцепления материалов образца и реплики, которую практически невозможно отделить без разрушения.
Для повышения контраста изображения и определения пространственного расположения структурных образований в образце производят оттенение. Наиболее простым методом оттенения является напыление углерода или тяжелого металла под углом к поверхности образца. Угол оттенения зависит от размеров структурных образований, глубины рельефа поверхности и составляет 5—45°. Наибольшее отложение происходит на участках, находящихся под прямым углом к потоку распыляемого материала. На за- ^----
Вследствие неодинаковой толщины реплики рассеивающая способность отдельных участков реплики различна, и на экране микроскопа появляется значительный контраст между областями тени и выступами рельефа поверхности.
Напыление реплики на поверхность исследуемого образца осуществляют с помощью вакуумного универсального поста. Установка оборудуется рабочей камерой с колпаком, вакуумной и электрической системами (рис. 7.11). В рабочей камере устанавливают держатели для образца и для распыляемого материала на расстоянии 60—100 мм друг от друга. В качестве распыляемого вещества чаще всего применяют углерод, кварц, серебро, платину, хром и другие материалы. Материал испаряют с помощью электрического тока силой 60—80 А. Рабочая камера снабжена диафрагмами и заслонками для защиты от нежелательного теплового воздействия испарителя на образец. Для обеспечения средней длины пробега частиц испаряемого материала больше диаметра колпака и прямолинейности распространения этих частиц внутри колпака создают разрежение порядка 0,133—1,33 МПа (1•1O-6—1 • Ю-5 мм рт. ст. Частицы испаряемого вещества при попадании на поверх-
Рис. 7.10. Схема оттенения реп лики (у — угол оттенения).
Рис. 7.11. Схема установки для вакуумного напыления реплик:
1 — колпак; 2 — образец на объектном столике; 3 — испаритель.
ность образца конденсируются на ней и образуют пленку, толщина которой обычно выбирается в пределах 10—30 нм. Толщина наносимой пленки регулируется количеством испаряемого материала и подбирается опытным путем по фарфоровому индикатору с нанесенной каплей вакуумного масла. На поверхности капли пленка не образуется, и по контрасту между белизной фарфора, видимого через каплю, и потемнением фарфора вокруг капли опытным путем можно качественно оценить толщину пленки.
7.6.3. Методика работы
Травление полимера проводят на установке линейного безэлектродного высокочастотного разряда согласно инструкции по проведению работы на этой установке. Полимерный образец с чистотой поверхности V7—V8, укрепленный на предметном стекле, помещают в разрядную камеру и подвергают вакуумированию в течение 10—15 мин для удаления адсорбционной влаги и посторонних веществ. После достижения предельного разрежения в камеру вводят рабочий газ, например кислород, и следят, чтобы вакуум в камере был не ниже 0,667—66,7 Па (5• 10~3—5•10^1 мм рт. ст.). Затем включают и настраивают на заданный режим работы генератор ВЧ колебаний. Режим работы генератора ВЧ зависит от его выходных параметров. Через каждые 10—15 мин работы генератора его необходимо отключать на 5—7 мин для более полного удаления продуктов деструкции с поверхности объекта травления и из разрядной камеры, а также для предотвращения возможного нагрева образца. Удаление верхнего слоя и достижение необходимой рельефности поверхности полимера достигается через 45— 60 мин активного времени работы установки. При правильном подборе параметров работы установки температура поверхности образца составляет 30—40 °С, а оптимальная концентрация электронов составляет примерно от 107 до 108 см3. Для оценки режима травления обычно подвергают контрольному травлению полимер с известной морфологией. Полученное изображение структурной организации полимера сравнивают с известным.
